یک مدل ریاضی امکان‌پذیر برای ماشین زمان

به گزارش جی پلاس، به گفته‌ی فیزیک‌دانان، ترفند کلیدی آن‌ها در این مدل به این صورت است: استفاده از انحنای فضا-زمان در جهان هستی به‌منظور خمیده ساختن زمان در قالب یک دایره برای مسافران فرضی که در این محفظه نشسته‌اند. این دایره به مسافران اجازه خواهد داد تا بتوانند به‌سوی آینده و گذشته جهش کنند. بن تیپت، فیزیکدان نظری و ریاضی‌دان از دانشگاه بریتیش کلمبیا در کانادا، در این باره می‌گوید:  مردم اغلب در مورد سفر در زمان به‌صورت یک پدیده‌ی تخیلی یا داستانی فکر می‌کنند. ما می‌خواهیم چنین فکر کنیم که سفر در زمان ممکن نیست؛ زیرا ما آن را در دنیای واقعی نمی‌توانیم انجام دهیم. اما از نقطه‌نظر ریاضی، این امر کاملا ممکن است.

 تیپت، همراه با دیوید سانگ، متخصص فیزیک نجومی در دانشگاه مریلند، از نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین استفاده کرده‌اند تا در نهایت به یک مدل ریاضی از پدیده‌ای برسند که به گفته‌ی خودشان با عنوان یک دامنه‌ی رتروگراد (پس‌رو) گذرپذیر در فضا زمان شناخته می‌شود. این عبارت در انگلیسی به‌صورت «Traversable Acausal Retrograde Domain in Space-time» بیان می‌شود و مخفف آن، تاردیس یا (TARDIS) است.

اما بهتر است قبل از ادامه‌ی این مقاله و پیش از وارد شدن به مقوله‌ی دیوانه‌وار و هیجان‌انگیز سفر در زمان، این نکته را روشن کنیم که پژوهشگران به‌هیچ‌عنوان ادعا نکرده‌اند به نقشه‌های ساخت یک ماشین زمان از نوع ماشین زمان «دکتر هو» دست یافته‌اند و ماشین موردنظرشان قرار است فردا ساخته شود!

 در واقع پژوهشگران اشاره می‌کنند موادی که ما برای ساخت چنین ماشین زمانی نیاز داریم، به‌قدری عجیب‌ و ناشناخته هستند ما حتی آن‌ها را هنوز کشف نکرده‌ایم. در ادامه‌ی گزارش به توضیح بیشتر در مورد این مواد می‌پردازیم.

 در مرحله‌ی اول، اجازه بدهید در مورد آنچه تیپت و تسانگ واقعا مطرح کرده‌اند، صحبت کنیم. شالوده‌ی اصلی مدل آن‌ها بر این ایده استوار است که به‌جای نگاه کردن به جهان در سه بعد فضایی به همراه بعد چهارم (زمان) و جدا ساختن زمان از آن سه بعد، باید سعی کنیم آن چهار بعد را به‌طور هم‌زمان تصور کنیم.

 نگرش فوق به ما اجازه می‌دهد بتوانیم امکان وجود یک پیوستار فضا-زمان را در نظر بگیریم؛ پیوستاری که در آن، جهات مختلف در فضا و زمان همگی درون بافت منحنی جهان هستی به هم متصل هستند.

نظریه‌ی نسبیت انیشتین، اثرات گرانشی جهان را به یک انحنای فضا-زمانی مرتبط می‌کند. گفتنی است انحنای فضا-زمان، پدیده‌ای است که تصور می‌شود در پس  مدارهای بیضوی سیارات و ستاره‌ها نهفته باشد.

 اگر فضا-زمان تخت یا غیر خمیده بودند، سیارات می‌بایست در خطوط مستقیم حرکت می‌کردند؛ اما بر پایه‌ی نسبیت، هندسه‌ی فضا-زمان در مجاورت اشیایی با جرم‌های بالا دچار خمیدگی می‌شود و همین خمیدگی باعث می‌شود سیاره‌ها  مسیر خود را منحرف کنند و به‌جای طی کردن مسیر مستقیم، به دور ستاره‌ی خود گردش کنند.

 تیپت و تسانگ چنین استدلال می‌کنند که تنها فضای فیزیکی نیست که قابلیت پیچ‌ و تاب برداشتن دارد؛ بلکه زمان هم می‌تواند در صورت نزدیک بودن به اشیایی با جرم‌های بالا دچار انحنا شود. تیپت دراین‌باره می‌گوید: مسیر زمان در سطح فضا-زمان نیز از خود انحنا نشان می‌دهد. شواهدی وجود دارند که نشان می‌دهند با نزدیک‌تر شدن به یک سیاه‌چاله، زمان کندتر به‌پیش می‌رود. مدل ماشین زمان من، از فضا-زمان انحنایافته برای خمیده کردن زمان به درون یک دایره و نه یک خط مستقیم، برای مسافران آن ماشین استفاده می‌کند.

 فیزیکدانان به‌منظور کنترل این دستگاه نظری، پیشنهاد ایجاد نوعی «حباب» از هندسه‌ی فضا-زمان ارائه داده‌اند؛ حبابی که عبوردهنده‌ی تمامی پدیده‌های داخل خود از میان فضا و زمان در امتداد یک مسیر دایره‌ای بزرگ است.

 اگر این حباب بتواند به سرعت‌هایی بیشتر از سرعت نور برسد که به گفته‌ی پژوهشگران، از نظر ریاضی ممکن است؛ رسیدن به چنین سرعت‌هایی می‌تواند به حباب اجازه‌ی حرکت به‌سوی عقب در راستای زمان بدهد. محققان در مقاله‌ی خود چنین توضیح می‌دهند:  این یک محفظه است که در زمان و در امتداد یک مسیر دایره‌ای در فضازمان، به‌سوی جلو یا عقب سفر می‌کند. ناظران بیرونی خواهند توانست مسافران درون محفظه را در حال گذار به‌سوی عقب در زمان ببینند؛ درحالی‌که تخم‌مرغ‌های شکسته در حال پیوستن به هم هستند و شکر اضافه‌شده به قهوه، در حال خارج شدن از آن خواهد بود.

 شما می‌توانید ایده‌ی اولیه را در تصویر زیر با یک مسافر در داخل حباب یا ماشین زمان A و همچنین یک ناظر خارجی که در کنار آن (شخص B) ایستاده است،  ببینید. جهت زمان با فلش سیاه و سفید نشان داده شده است. این جهت در شرایط عادی (دست کم در جهان ما) همیشه روبه‌جلو است.  

هر دو فرد A و B زمان را به نحو چشمگیری متفاوت با یکدیگر تجربه خواهند کرد. محققان توضیح می‌دهند:  درون حباب، فرد A خواهد دید که رویدادهای فرد B در فواصل زمانی معینی دستخوش تکامل پیوسته می‌شوند و سپس برعکس. در خارج از حباب، ناظر B دو نسخه از A را خواهد دید که هر دو از یک محل پدیدار می‌شوند. عقربه‌های ساعتِ یکی از آن‌ها در جهت معمول و دیگری به‌صورت پادساعت‌گرد گردش خواهند کرد.

 به بیانی دیگر، ناظر خارجی می‌تواند دو نسخه از اشیاء داخل ماشین زمان را ببیند: نسخه‌ای که در راستای زمان به سمت جلو دستخوش دگرگونی می‌شود و نسخه‌ی دیگری که به‌سوی عقب بازمی‌گردد.

درحالی‌که تیپت و تسانگ باور دارند یافته‌هایشان از نظر ریاضی کاملا مورد تأیید است؛ مشکل این است که ما در حال حاضر دارای مواد مورد نظر برای ساخت آنچه آن‌ها پیشنهاد داده‌اند، نیستیم. تیپت می‌گوید: درحالی‌که این امر از نظر ریاضی امکان‌پذیر است، اما هنوز ساخت یک ماشین فضا-زمان ممکن نیست؛ زیرا ما برای ساخت آن به موادی نیازمندیم که بتواند فضا-زمان را به حالت‌های ناممکنی دچار خمیدگی کند و این مواد باید کشف شوند.

 ایده‌ی این دو دانشمند، یادآور یک ماشین زمان نظری دیگر موسوم به Alcubierre drive است. ماشین فوق هم مستلزم داشتن یک پوسته از ماده‌ای عجیب و  کشف‌نشده بود تا بتواند مسافران خود را در امتداد زمان منتقل کند (البته به‌طور فرضی).

 البته می‌دانیم که هیچ‌کدام از دو ایده‌ی فوق بدون تولید موادی با توانایی ایجاد خمیدگی در فضا-زمان در دنیای واقعی، کارایی چندانی نخواهند داشت؛ ولی به هر ترتیب، تیپت بر این باور است که ما هیچ‌گاه از رؤیاپردازی و تفکر در مورد روش‌های ممکن برای سفر در زمان دست نخواهیم کشید و ایده‌ی اخیر، تنها یک روش دیگر به روش‌هایی اضافه می‌کند که ما می‌توانیم برای مواجهه با این بخش متحیرکننده از فیزیک برگزینیم. وی همچنین اشاره می‌کند که مطالعه‌ی فضا-زمان هم شگفت‌انگیز و هم مسئله‌برانگیز است. او اشاره می‌کند که:  متخصصان در این زمینه از سال ۱۹۴۹، امکان وجود ماشین زمان را از دیدگاه ریاضی مورد بررسی قرار داده‌اند و پژوهش من یک روش جدید برای آن ارائه می‌دهد.

 دستاوردهای این پژوهش در مجله‌ی Classical and Quantum Gravity منتشر شده است.